激光扫描测量技术在海洋测量领域中的应用及技术发展趋势.pdf

第z6卷第1期海岸工程2007年3月

文章编号：1002—3682(2007)0I-002I-08

激光扫描测量技术在海洋测量领域
中的应用及技术发展趋势

丁继胜，刘建立，范学炜
(I．国家海洋局第一海洋研究所，山东青岛266061；
2．国家海洋局中国海监北海航空支队，山东青岛266033)

摘要：介绍了空载激光扫描测量技术的发展历程和目前国内外的相关技术现状。重点介绍
了国外该技术在海洋领域的成功应用，结合目前技术发展现状和社会发展需求，展望了空载激
光扫描测量技术未来发展的趋势，并对我国在该技术领域的发展给出了建议。
关键词：空载激光扫描测量；数据处理；海洋测量
中图分类号：P229．5文献标识码：A

1激光扫描测量技术简介

机载／空载激光扫描测量(LightDetectionAndRanging，简称LiDAR)，是利用激光
发生器对被测对象发射红外脉冲，由光电二极管接收返回脉冲，计时器记录脉冲往返时
间，计算被测对象与激光发生器之间的距离，以此获取大量地物扫描点信息，然后进行处
理、聚类进而得到地物的离散点云数据，得到被测目标数字模型。整个系统由安装于同一
个飞行器上的以下几个部分组成[1]：激光扫描测距仪(LaserScanner)——发射、接收激光
束以进行距离探测；全球定位系统(GPS)——对测量目标进行定位；惯性测量系统
(INS)——测量系统的实时姿态；数据处理系统——数据实时采集和存储；CCD摄像或者
其他影像采集系统。工作原理见图1E。
随着技术的发展和逐渐完善，人们越来越意识到该项技术对社会生产的重要意义。
特别是进入21世纪，随着国家“数字海洋”、“数字地球”概念的提出，对测绘工作提出了更
高的要求。而激光扫描测量技术，因其高效率、高精度、全时空测量特点得到众多学者关
注，也适应了地球空间信息学的时代特性。本文对LiDAR技术发展现状和在海洋领域
的应用做了回顾和描述，并展望了该技术发展趋势。

收稿日期：2007—02—07
基金项目：国家自然科学基金项目⋯多波束测深系统的声线折射改正方法研究(40606026’
作者简介：丁继胜(1972一)，男，山东单县人，高级工程师，主要从事海洋测量数据处理方法研究。E—mail：
[e-mail]
(段焱编辑)

22海岸工程第1期

2国内外技术发展现状

2．1国外LiDAR技术研究现状
激光扫描测量技术的研究，最
早始于20世纪70年代，80年代得
到迅速发展，最初的LiDAR产品
体积和重量都非常庞大，因此耗能
巨大，需要配备大型飞行器和专用
发电机才能工作，工作成本高昂(每
小时数千美元)，限制了产品的推广
和使用。到20世纪90年代，随着
其他相关技术(如高精度定位技术、
高精度三维姿态感应技术)的发展，
LiDAR技术取得重大的技术性进
展。一些发达国家先后研制出多种
商用机载激光扫描测量系统，产品
也实现了小型化，使用成本显著降图1LIDAR系统组成及工作原理示意图
低(每小时几百美元)，使LiDAR(根据文献[2]修改)
技术真正步入实用阶段。到目前为止，商用机载激光测高系统发展到有ALTM系列、
TopEye、DATIS和AeroScan等约150种商用系统[2]，另外还有相当数量的系统正处于
研发阶段。经过近10a的发展，机载／空载LiDAR系统在硬件系统设计技术方面已经比
较成熟，三维空间位置测量精度达到相当高的水平，其水平测量精度达到20cm，垂直测
量精度达到10cm[3]。目前，激光测量做为一门新兴技术在测量行业正逐渐被广泛应用。
与传统的三维空间信息采集手段相比，LiDAR技术除了较高的精度之外，还具有其
他方法无可比拟的快速性。因此，利用LiDAR系统，快速获取大面积三维地物和地形数
据，继而生成数字高程地形模型已经成为应用广泛的测量手段【{]。此外，也有学者将Li—
DAR系统应用到洪水灾害预测分析[5．6]、海冰监测]等研究领域，并取得了较好的试验
结果。
与硬件系统技术相对成熟相比较，LiDAR系统数据后处理技术研究较为滞后。因为
LiDAR是多种高科技测量技术的集成，其数据处理也特别复杂。一般应包括GPS数据
处理、激光轨迹计算、点云数据生成、投影分幅、自动数据分类、人工干预分类等一些必需
步骤[8]，各种数据处理算法也十分复杂多样。到目前为止，还没有一套专业商用化数据综
合处理软件，硬件厂商大部分也是将其他研究人员编写的一些相对独立软件模块提供给
客户，处理数据时往往要同时用到几种软件(如LeicaALS40／50ALiDAR系统，数据处
理用了Aocot、Pospac、Golfice、Terrascan、Terramodel、Lps等多种软件)，不仅多